Ключ к самообновлению кожи

Исследователи из Медицинской Школы при Калифорнийском Университете в Сан-Диего (University of California, San Diego School of Medicine) описали механизм, посредством которого эпидермальные прогениторные клетки и стволовые клетки избегают дифференцировки и сохраняют способность образовывать новые клетки кожи в течение всей жизни. Новые данные могут лечь в основу разработки лекарственных препаратов и методов лечения не только заболеваний кожи, но и других нарушений, которые затрагивают популяции стволовых и прогениторных клеток.

Прогениторные клетки — это стволовые клетки, детерминированные на дифференцировку в определённый тип клеток. Это клетки, которые, в отличие от плюрипотентных стволовых клеток уже имеют стойкие биомаркеры, которые позволяют отличить их и их потомство от клеток других типов. Кроме того, их способность к пролиферации значительно ниже чем у плюрипотентных стволовых клеток. Прогениторные клетки выполняют роль стволовых клеток взрослого организма занятых пополнением пула специализированных клеток организма.

Стволовые клетки способны к дифференцировке в любой клеточный тип. Прогениторные клетки более ограничены: они дифференцируются только в конкретный тип клеток и способны делиться лишь определённое количество раз. В течение жизни клетки кожи самообновляются: прогениторные и стволовые клетки глубоко в эпидермисе постоянно дифференцируются в новые клетки кожи – кератиноциты, которые в процессе созревания постепенно поднимаются на поверхность кожи и слущиваются.

Выяснено, что один из механизмов, посредством которого стволовые и прогениторные клетки поддерживают своё функционирование в течение жизни, заключается в работе экзосом (микроскопические внеклеточные везикулы) – мультисубъединичных комплексов, состоящих из 30-50 экзонуклеаз, которые осуществляют деградацию и процессинг РНК, а также взаимодействуют с факторами транскрипции. Экзосомы уничтожают молекулы РНК, содержащие ошибки и приводящие к синтезу нефункциональных белков, которые нарушают работу клетки.

Научная группа из Медицинской Школы при Калифорнийском Университете под руководством Джорджа Л. Сена (George L. Sen), доцента медицины и клеточной и молекулярной медицины, установила, что в глубоких слоях эпидермиса экзосомы таргетно разрушают мРНК, кодирующую транскрипционные факторы, которые индуцируют процессы дифференцировки клеток. Если конкретно, то в эпидермальных прогениторных клетках происходит деградация именно транскрипционного фактора GRHL3, благодаря чему клетки остаются недифференцированными. Получая же сигналы к дифференцировке, прогениторные клетки перестают экспрессировать некоторые субъединицы экзосом, что приводит к повышению концентрации белка GRHL3 и, следовательно, дифференцировке прогениторных клеток.

Как поясняет доктор Сен, если функционирование экзосом в прогениторных клетках нарушено, происходит преждевременная дифференцировка клеток из-за повышенной концентрации белка GRHL3, что приводит к раннему слущиванию эпидермиса.

По словам учёного, результаты окажутся особенно значимыми, если последующие исследования покажут, что мутации в генах экзосом ассоциированы с заболеваниями кожи и другими болезнями.

«В недавнем исследовании было показано, что рецессивные мутации в субъединицах экзосомального комплекса могут привести к мосто-мозжечковой гипоплазии – редкому неврологическому заболеванию, характеризующемуся неравномерным развитием или атрофией участков мозга, — говорит Сен, — Теоретически это может возникать из-за потери прогениторных клеток. Если окажется, что мутации в комплексе генов экзосомы связаны и с другими заболеваниями, станет возможной разработка препаратов непосредственно против этих нарушений».

Фото: Image courtesy of University of California, San Diego Health Sciences.

На фотографии четыре слоя кожи человека. Верхний слой stratum corneum (слой роговых чешуек) состоит из нескольких слоёв плоских ороговевших кератиноцитов. Ниже располагаются strata granulosum (зернистый слой), spinosum (шиповатый слой) и basale (базальный слой). В базальном слое стволовые клетки дифференцируются в новые кератиноциты, обновляя кожу. Под базальным слоем расположена дерма.

По материалам University of California, San Diego Health Sciences, Коммерческая биотехнология

Оригинальная статья: Devendra S. Mistry, Yifang Chen, George L. Sen. Progenitor Function in Self-Renewing Human Epidermis is Maintained by the Exosome. Cell Stem Cell, 6 July 2012; 11(1) pp. 127 — 135 DOI: 10.1016/j.stem.2012.04.022